【电路设计】PMOS做信号开关设计图解-KIA MOS管

PMOS做信号开关

下图是一个典型的PMOS信号开关应用，注意必须是从S极向D极传送信号，并且D极没有上拉电阻，有一个大的下拉电阻。

逻辑如下：

EN=1.8V时

A=0V，管子截止，B=0V；

A=1.8V，管子截止，B=0V（实际不是0，见解释1）.

如上A不能正常传送到B，相当于开关断开。

EN=0时

A=1.8V，管子导通，B=1.8V；

A=0V，管子截止，B=0V；

如上A能正确传送到B，相当于开关导通。

解释1： 

EN=1.8V，A=1.8V，管子截止，B点电压并不是0，而是R199，寄生二极管，R200的分压！我们仿真的结果是0.689V，仿真过程如下：

开始仿真之前，解释一下R200为何是100M，通常B点会连接一个IC的IO输入，对于输入，如果软件没有配置上下拉电阻（百K级别），输入电阻将是无穷大，假设就是100Mohm。

下图是仿真电路，D2相当于寄生二极管。

仿真结果如此，但为什么是这个结果？

二极管有反向截止特性，为什么没有阻隔电压？

有没有办法使VB=0V？

这要从二极管的反向特性着手来理解这些疑问，下图是一个二极管的IV曲线：

由图可知，二极管反向偏压后，从0到-200mV，其反向电流随反向电压VF的（绝对值）增大而增加，近似计算其阻抗为8Mohm左右。从-200mV开始，VF（绝对值）增加，其反向电流一直维持在-7nA左右。

反向偏压一直增加，这个值基本不变。一直到规格书上标称的VF最大值75V后二极管击穿。VF=-0.2V~-75V之间，其电阻从28Mohm到10.7Gohm逐渐增加。

若要想二极管起到良好的阻隔电压的作用，就要尽量使二极管占有越大的压降。比如上图仿真电路两种，当VB=0V时，二极管两端压差最大，此时二极管起到了最好的阻隔电压效果。换句话说，要尽量使二极管工作在上图所示的“理想截止区域”。

在理想截止区域，反向电流7nA是关键线索，如果B点的对地电阻过大，导致总电流小于7nA，二极管的电压阻隔作用就会比较差。

B点对地阻抗到底是多少，VB才会等于0V呢，显然B点对地阻抗为0时，才能实现。现实情况不可能，下面是几组数据：

R2=200K，VB=1.38mV，I=6.89nA

R2=1M，VB=6.89mV，I=6.89nA

R2=10M，VB=68.9mV，I=6.89nA

R2=50M，VB=345mV，I=6.89nA

R2=100M，VB=689mV，I=6.89nA

R2=200M，VB=1.38V，I=6.89nA

R2=300M，VB=1.72V，I=5.72nA

接下来，重点来了：通常，B点对地阻抗是百K级别，VB的电压都会很小，可以简单计算为Rx7nA，这时二极管的电压阻隔作用最明显！

既然PMOS能做开关，那么能用NMOS做信号开关吗？答案是否定的！如下图 ：

接法一：EN=0V，NMOS才有可能截止，寄生二极管的存在，导致A高B也高，无法截止。

接法二：

EN=0V，NMOS截止（假设B点对地阻抗为100K）；

EN=1.8V，管子导通，A拉高到1.8V，B也被拉高，瞬间Vgs=0V，管子又被截止。因此NMOS不能用作信号开关，仿真结果如下：

如果EN电压明显高于A点最高电压，例如EN=5V，A=1.8V。这时，即使B=A=1.8V，Vgs=5-1.8=3.2V，管子仍然是导通的。因此当EN高电压明显高于（至少大Vgsth）传输信号的最高电压时，NMOS也能做开关使用！但一般不用这种方法。

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